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沥青路面设计与养护技术发展湖北交通工程检测中心刘松主要内容沥青混合料结构设计国际沥青路面新技术及新进展沥青路面养护技术及新进展一、沥青路面设计沥青路面结构设计材料试验与质量控制沥青混合料配合比设计方法1沥青路面结构设计交通量调查Ne-容许弯沉LR地质、气候、水文调查-确定路基弯沉和沥青面层设计指标路面结构组合设计-各层设计控制指标路面结构厚度设计-弯沉和弯拉应力确定我国规范规定以弯沉值和沥青面层层底拉应力为设计控制指标,必要时验算沥青面层剪应力。沥青面层结构设计结构层次表面层中面层下面层抗滑性能√抗裂性能√抗车辙性能√√√抗水损性能√√√抗剪性能√√√耐疲劳性能√厚度设计-弯沉设计选择路面结构层组合计算交通量Ne确定路面材料模量E1选定某些路面结构层厚度计算某一路面结构层厚度确定路面容许弯沉Lr弯拉设计弯拉设计选择路面结构层组合计算交通量Ne确定路面材料弯拉模量Es计算最大弯拉应力路面结构层厚度确定结构层容许弯拉应力σm≤σR调整厚度гm≤гR2、材料试验与质量控制沥青、改性沥青碎石矿粉天然砂纤维70号A级沥青技术指标技术指标规定值针入度(25℃,100g,5s)(0.1mm)60~80延度(5cm/min,10℃)最小(cm)15延度(5cm/min,15℃)最小(cm)100软化点(环球法)最小(℃)46闪点(COC)最小(℃)260含蜡量(蒸馏法)最大(%)2.2密度(15℃)(g/cm3)实测溶解度(三氯乙烯)不小于(%)99.5动力粘度(60℃)不小于(Pa.s)180RTFOT或TFOT后质量损失不大于(%)0.8针入度比不小于(%)61延度(10℃)(cm)不小于6延度(15℃)(cm)不小于15改性沥青技术指标技术指标规定值PG等级PG76-16针入度(25℃,100g,5s)(0.1mm)40-60针入度指数PI最小0.2延度(5cm/min,5℃)最小(cm)20软化点(环球法)最小(℃)75闪点(COC)最小(℃)230运动粘度135℃,最大(Pa.s)3溶解度(三氯乙烯)最小(%)99弹性恢复(25oC,10cm)最小(%)80储存稳定性离析,48h软化点差,最大(℃)2.5旋转薄膜烘箱试验163℃85min质量损失最大(%)±1.0针入度比(25℃)最小(%)65延度(5℃)最小(cm)15材料质量—碎石压碎值%25洛杉矶磨耗损失%≤30磨光值BPN≥42视密度t/m3≥2.50吸水率%≤2.0对沥青的粘附性≥4级坚固性%≤12细长扁平颗粒含量%≤15泥土含量%≤1软石含量%≤1材料质量—矿粉•视密度(g/cm3)≥2.5•含水量(%)≤1•粒度范围•0.6mm(%)100•0.15mm(%)90-100•0.075mm(%)75-100•外观无团粒结块•亲水系数1•塑性指数4•矿粉存放应搭棚,防潮木质素纤维质量指标项目单位指标试验方法纤维长度,不大于mm6水溶液,用显微镜观测灰分含量%18±5高温500-600℃,燃烧后测定残留物PH值-7.5±1.0水溶液PH试纸或PH计测定吸油率,不小于-纤维质量的5倍用煤油浸泡后放在筛上振敲后称量含水率,不大于%105℃烘箱烘2h后冷却称量3热拌沥青混合料设计方法马歇尔法38州1984年调查维姆法18州Superpave法40州2002年调查与性能相关的设计法澳大利亚、英国、法国1984年美国沥青混合料设计方法调查混合料设计目标抵抗永久变形抵抗疲劳开裂抵抗低温开裂耐久性抗损害能力抗滑施工和易性3.1马歇尔混合料设计方法马歇尔混合料设计方法BruceMarshall在30年代末为密西西比州公路局开发WES1943年为二战开始研究评价压实功击实次数锤重10磅,双面50次交通碾压后4%空隙率建立最初标准,后随冷压和荷载增加而修订马歇尔混合料设计方法优点:--注意到了体积性质,强度及耐久性--设备简易价廉--很容易作为过程控制和接受(QC/QA)缺点:--冲击压实方法--没有考虑剪切强度--不适用于大粒径混合料3.2维姆混合料设计维姆于1920年代为加州公路沥青路面开发有限使用1984年调查约10个州,主要在西部设计考虑与马歇尔类似考虑了集料的沥青吸收试验设备维姆搓揉压实机维姆稳定度仪维姆混合料设计优点:注意到空隙性质,强度和耐久性搓揉压实类似于现场施工稳定度参数是剪切强度内摩擦角的直接指示缺点:设备昂贵,工地不易携带使用稳定度测试范围不够宽3.3Superpave设计美国战略公路研究计划(SHRP)重要成果历时5年,1988~1993年耗资1.5亿美元,1993年以后每年投入1000多万美元进行后期研究,包括养护技术。研究比较系统,技术路线合理。NCAT710010000.075.075..332.362.3644..759759..512512.519.0.519.0通过百分率通过百分率控制点控制点禁区禁区最大密度线最大密度线最大最大尺寸尺寸最大最大公称公称尺寸尺寸筛孔位于筛孔尺寸(筛孔位于筛孔尺寸(mmmm))的的0.450.45次方位置次方位置Superpave集料级配1000.075.32.3612.519.0通过百分率设计集料结构筛孔位于筛孔尺寸(mm)的0.45次方位置Superpave混合料体积设计旋转压实机更接近现场的压实过程增加了混合料短期老化加大了试件尺寸(150mm直径)评价混合料的压实特性Superpave混合料体积设计步骤(1)材料选择(2)集料结构设计(3)沥青用量设计(4)混合料料水敏感性评价(1)材料选择-沥青标号根据工程所在地区的气候,确定初始等级;重载交通提高1~2个等级慢速交通提高1个等级11SuperpaveAsphaltBinderSpecificationThegradingsystemisbasedonClimatePG64-22PerformanceGradeAverage7-daymaxpavementtemperatureMinpavementtemperature(2)集料结构设计使用Superpave旋转压实机评价至少三种试验级配,每种级配要准备4个试件,2个用于压实,2个用于测量最大理论密度分析混合料体积性质并与Superpave混合料设计标准进行比较,只要符合标准,就可选为设计集料结构。(3)沥青用量设计用各种不同的沥青用量来压实混合料,然后选定在设计压实次数时空隙率为4%的沥青用量作为设计沥青用量。(4)混合料水敏感性评价用AASHTOT283“压实沥青混合料抗水损害阻力”的试验方法评价设计沥青混合料的水敏感性6个试件按空隙率大小分成两组,一组用真空饱水冻融循环加以处理,另一组不处理,用两组试件的间接抗拉强度比大于80%作为判断是否有水敏感的标准Superpave混合料要求混合料体积性质空隙率矿料间隙率沥青填隙率混合料压实特性粉胶比水敏感性混合料空隙率要求胶结料%空隙率不管在任何交通量水平设计压实次数N设计时空隙率为4%4混合料VMA要求矿料间隙率9.515.012.514.01913.02512.037.511.0公称最大粒径(mm)最小VMA%胶结料%VMA最大值不宜高于最小值2个点混合料VFA要求沥青填隙率0.370-800.3to365-783.0to3065-753065-75交通量106ESALsVFA范围%胶结料%VFA混合料粉胶比要求1001009283654836221594小于0.075材料重量%有效沥青重量%0.61.2混合料中未吸收的沥青粗级配混合料粉胶比0.8~1.6Log旋转压实次数8486889092949698100%GmmNini极限Nmax极限NmaxNini混合料压实特性%GmmLog旋转压实次数101001000弱集料结构强集料结构集料压实性评价Superpave评价优点:沥青标号选择科学合理级配设计考虑了集料性质的影响旋转压实方法更接近施工实际情况缺点:缺少长期应用性能的评价设计空隙率4%的合理性西部环道试验失败3.4我国配合比设计目标配合比设计生产配合比设计生产配合比检验工程施工马歇尔方法1、目标配合比设计•设计原则:应根据各结构层的不同功能进行设计。•设计方法:目标配合比设计采用马歇尔法。•目标配合比确定后要进行水稳定性和动稳定度检验。目标配合比设计指标技术指标上面层中面层击实次数75(9/125/205)75稳定度(KN)88流值(0.1mm)20~5020~40空隙率(%)3~6(4)4~6饱和度(%)65~7565~75矿料间隙率(%)14-1613-15残留稳定度(%)min8075动稳定度(次/mm)min30001000残留强度比(%)min8080弯拉强度(Mpa)min目标配合比设计试验•试验温度:根据沥青粘温曲线确定,对于改性沥青要求沥青供应商提供沥青混合料的拌和温度和击实温度。•所选择级配应在规范规定的级配范围内。•应控制天然砂的用量,中下面层不宜超过6%,上面层建议不用天然砂。2、生产配合比设计•根据目标配合比、拌和机热料仓配置和材料实际情况进行设计;•生产配合比应尽量接近目标配合比,级配偏差:0.075mm±1.5%;2.36mm、4.75mm及最大公称尺寸:±3%;其它筛孔±5%;•生产配合比检验:OAC、OAC±0.3油石比的马歇尔指标,OAC动稳定度和水稳定性。3、生产配合比验证-试验路施工按照生产配合比进行试拌、铺筑试验段;取样进行马歇尔试验,检验马歇尔技术指标;现场钻芯取样检验空隙率和压实度;取样进行车辙试验和水稳定性检验;根据检测结果确定标准配合比,其合成级配中0.075mm、2.36mm、4.75mm以及最大公称尺寸筛网的通过率应接近工程设计级配范围的中值,并避免在0.3-0.6mm处出现“驼峰”。经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更;当原材料时应及时调整配合比,重新进行配合比设计。我国沥青路面设计存在的问题早期结构性病害主要为车辙,小型病害为水损坏和路面裂缝,以及由此引起的其他病害。设计规范与施工规范和试验规程脱节,主要反映在施工质量控制指标和试验检测指标不能反映设计要求。路面结构设计以弯沉控制,存在理论障碍。重视建设成本,忽视后期养护费用。交通管制不规范,存在轮胎气压、轴重明显偏高现象。二、国际沥青路面新技术及新进展1、长寿命路面2、沥青路面本构关系3、沥青性能研究4、橡胶沥青5、降噪排水路面6、温拌沥青混合料长寿命路面在美国被称作长效性或永久性路面。美国沥青路面协会(APA)关于永久性路面的定义为:路面使用年限至少为35年,并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏,只需进行功能性养护,平均罩面时间不小于12年。关键是要树立全寿命周期费用新理念。1、长寿命路面40伊利诺斯30科罗拉多35克罗地亚50加里福尼亚40华盛顿35俄亥俄30肯萨斯40弗吉尼亚使用期州名美国各州关于永久性路面的使用年限日本长期使用路面研究概述在日本,长期使用路面简称LSP,它的设计目标是拥有2倍于现行路面的使用性能,因功能破坏而维修的周期在15年以上,结构性寿命在40~60年。长寿命路面设计综合相关国家的研究,长寿命路面是指路面设计寿命超过40年的路面结构。长寿命路面主要特点在设计寿命期间,不发生结构性破坏,路面的损坏只发生在表面功能层;路面性能大幅提高,早期病害明显减少;只进行日常养护,寿命周期内不需要进行结构性大修;初期建设费用可能偏高,但维修费用低,在寿命周期内最经济。设计寿命初期服务水平使用期末服务水平设计寿命表面功能层主要承重层路面结构损坏表面功能层维修长寿命路面寿命示意图长寿命路面设计标准表面功能层寿命应达到8年以上;主要承重层寿命应达到40年以上;各层强度控制指标选用相应规范进行验算。长寿路面结构设计表面功能层3~5cm沥青路面结构层12~24cm联结层或柔性基层15~24cm沥青面层总厚度20~45c
本文标题:沥青路面设计与养护技术发展
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